JP2010256711A - Image forming apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、感光体ドラム及び現像装置を用いた画像形成装置に関し、特に非画像形成時において現像ローラ上のトナーをリフレッシュするリフレッシュ工程を実行可能な画像形成装置に関するものである。 The present invention relates to an image forming apparatus using a photosensitive drum and a developing device, and more particularly to an image forming device capable of executing a refresh process for refreshing toner on a developing roller during non-image formation.
従来の画像形成装置では、画像形成を繰り返し行う際に、特に画像上の印字率(画像形成可能な面積(用紙面積)に対する印字される面積の割合をいう。以下同じ。)が低い場合に、現像ローラ(トナー担持体)から感光体ドラム(静電潜像担持体)に飛翔して現像に用いられるトナーが少ないために現像装置内のトナー粒子の入れ替わりが少なく、トナーが過剰に帯電し、画像濃度低下やカブリが発生することがある。特に、写真やグラフィック画像のように高い印字率の画像から文字やロゴマークのみのような低い印字率の画像まで対応する必要がある場合、印字率のばらつきも大きくなる。 In the conventional image forming apparatus, when the image formation is repeated, particularly when the printing rate on the image (the ratio of the printed area to the area where the image can be formed (paper area); the same applies hereinafter) is low. Since there is little toner used for development by flying from the developing roller (toner carrier) to the photosensitive drum (electrostatic latent image carrier), the toner particles in the developing device are hardly replaced, and the toner is excessively charged. Image density reduction and fogging may occur. In particular, when it is necessary to deal with an image with a high printing rate such as a photograph or a graphic image and an image with a low printing rate such as only characters or logo marks, the variation in the printing rate also increases.
このような場合には、ベタ等の原稿印字率が高いパターンを印刷することにより現像ローラから感光体ドラム側に多量のトナーを飛翔させ、該トナーを記録媒体に転写させてトナーを消費することにより緩和することが可能ではあるが、長期にわたりベタパターンを印刷しないで放置した場合には、トナーの消費が行われないまま現像ローラ表面にトナー粒子が湿度等の影響により固着されてしまい、回復しないこともある。 In such a case, a large amount of toner is ejected from the developing roller to the photosensitive drum side by printing a pattern having a high original printing ratio such as solid, and the toner is transferred to a recording medium to consume the toner. However, if the solid pattern is left unprinted for a long period of time, the toner particles are fixed on the surface of the developing roller due to the influence of humidity and the like without being consumed. Sometimes it doesn't.
そのため、従来からトナーの表面形状、材料または外添剤の適正化などにより、トナーの帯電制御能力が安定するように改良されてきてはいるが、トナーの帯電が過剰となり上述のような現象が生じるのを確実に防止するまでには至っていないのが現状である。 Therefore, the toner surface has been improved so that the charge control ability of the toner is stabilized by optimizing the surface shape, material, or external additive of the toner. At present, it has not yet been surely prevented.
上記のような課題を解決するために、現像ローラ上のトナーを強制消費する方法が種々提案されており、例えば特許文献1には、印字枚数と印字率より平均印字率を算出し、平均印字率が所定値を下回った場合に現像ローラに直流バイアスに交流バイアスを重畳して印加することにより、現像ローラ上のトナーを感光体側に強制吐出してリフレッシュする画像形成装置が開示されている。また、特許文献2には、平均印字率が所定値を下回った場合に感光体及び現像ローラの回転を停止した状態で現像ローラ上のトナーを強制消費するようにした画像形成装置が提案されている。
In order to solve the above problems, various methods for forcibly consuming the toner on the developing roller have been proposed. For example,
特許文献1及び2の画像形成装置では、リフレッシュ工程を実行することにより画像濃度低下やカブリの発生を抑制できるものの、現像ローラ1周分以上のトナーを吐出する必要がある。そのため、印字以外の無駄なトナーの消費量が多くなるとともに、感光体上に吐出されたトナーが転写ローラに付着し易くなり、記録媒体の裏汚れを発生させるという不具合もあった。
In the image forming apparatuses of
そこで、特許文献3及び4には、トナー吐出パターンとして、千鳥パターン、網点パターン或いはラインパターン等のベタ以外のパターンを用いることより、劣化トナーを効率良く放出する方法が開示されている。
Therefore,
特許文献3、4の方法によれば、トナー吐出パターンのエッジ領域での電位差がベタ領域よりも大きくなる、いわゆるエッジ強調により現像ローラ上のトナーを効率良く消費できる。しかし、近年の画像形成効率の向上、及び装置の低ランニングコスト化の要求に伴い、印字以外のトナー消費量をさらに低減し、転写ローラへの付着を抑制して記録媒体の裏汚れを確実に防止する方法の開発が望まれていた。
According to the methods of
本発明は、上記問題点に鑑み、トナー担持体上の過帯電トナーを像担持体側に優先的に強制排出することにより、従来に比べてトナー消費量を増加させることなくリフレッシュ工程を有効に機能させる画像形成装置を提供することを目的とする。 In view of the above-described problems, the present invention effectively functions the refresh process without increasing the amount of toner consumption compared with the prior art by preferentially forcibly discharging the overcharged toner on the toner carrier to the image carrier. An object of the present invention is to provide an image forming apparatus.
上記目的を達成するために本発明は、像担持体に対向配置されトナーを担持して像担持体に供給するトナー担持体を有し、像担持体表面に形成された静電潜像を現像する現像装置を備え、非画像形成時に前記トナー担持体側から前記像担持体側へトナーを吐出するリフレッシュ工程を実行可能な画像形成装置において、前記リフレッシュ工程中に前記像担持体上に形成されるトナー吐出パターンが、主走査方向に対し鋭角であるライン画像を現像領域の全幅に亘って前記像担持体の周方向に所定間隔で複数回吐出した構成であることを特徴としている。 In order to achieve the above object, the present invention has a toner carrier that is disposed opposite to an image carrier, carries toner and supplies the toner to the image carrier, and develops an electrostatic latent image formed on the surface of the image carrier. In an image forming apparatus comprising a developing device capable of executing a refresh process for discharging toner from the toner carrier side to the image carrier side during non-image formation, a toner formed on the image carrier during the refresh step The ejection pattern is characterized in that a line image having an acute angle with respect to the main scanning direction is ejected a plurality of times at a predetermined interval in the circumferential direction of the image carrier over the entire width of the development region.
また本発明は、上記構成の画像形成装置において、前記ライン画像の線幅が2mm以下であることを特徴としている。 In the image forming apparatus having the above configuration, the line image has a line width of 2 mm or less.
また本発明は、上記構成の画像形成装置において、前記ライン画像の主走査方向に対する角度が10°以上60°以下であることを特徴としている。 In the image forming apparatus having the above-described configuration, the angle of the line image with respect to the main scanning direction is 10 ° or more and 60 ° or less.
また本発明は、上記構成の画像形成装置において、印刷画像の印字率に基づいてリフレッシュ工程実行時における前記トナー吐出パターンの副走査方向の吐出長を制御する制御手段を備えたことを特徴としている。 According to the present invention, the image forming apparatus having the above-described configuration includes a control unit that controls a discharge length in the sub-scanning direction of the toner discharge pattern when the refresh process is executed based on a print image printing rate. .
また本発明は、上記構成の画像形成装置において、前記リフレッシュ工程中の前記トナー担持体の線速を画像形成時よりも低下させることを特徴としている。 According to the present invention, in the image forming apparatus configured as described above, the linear velocity of the toner carrier during the refreshing process is made lower than that during image formation.
本発明の第1の構成によれば、トナー吐出パターンを斜めに傾斜したライン画像で構成することでトナー担持体の軸方向及び周方向のいずれにおいてもトナー吐出量にばらつきが生じ難くなるため、トナー担持体上のトナーをより均一に吐出することができる。また、トナー吐出パターンがライン画像で構成されるため、エッジ強調により小径の過帯電トナーを効率良く吐出できるとともに、トナー吐出パターンをベタ画像とした場合に比べて転写ローラへのトナー付着も抑制することができる。 According to the first configuration of the present invention, since the toner discharge pattern is configured by an obliquely inclined line image, it is difficult for the toner discharge amount to vary in both the axial direction and the circumferential direction of the toner carrier. The toner on the toner carrier can be discharged more uniformly. In addition, since the toner discharge pattern is composed of line images, it is possible to efficiently discharge the small-diameter overcharged toner by edge enhancement, and also suppress the toner adhesion to the transfer roller as compared with the case where the toner discharge pattern is a solid image. be able to.
また、本発明の第2の構成によれば、上記第1の構成の画像形成装置において、トナー吐出パターンを構成するライン画像の線幅を2mm以下とすることにより、トナー吐出パターン中のエッジ部分の割合が増加するため、エッジ強調により小径の過帯電トナーをトナー担持体上からより効率良く除去することができる。 According to the second configuration of the present invention, in the image forming apparatus having the first configuration, the line width of the line image constituting the toner ejection pattern is set to 2 mm or less, whereby the edge portion in the toner ejection pattern is obtained. Therefore, the small-diameter overcharged toner can be more efficiently removed from the toner carrier by edge enhancement.
また、本発明の第3の構成によれば、上記第1又は第2の構成の画像形成装置において、ライン画像の主走査方向に対する角度を10°以上60°以下とすることにより、像担持体への単位面積当たりのトナー付着量が増加するため、トナー担持体上のトナーを一層効率良く吐出してリフレッシュ効果を高めることができる。 According to the third configuration of the present invention, in the image forming apparatus having the first or second configuration, the angle of the line image with respect to the main scanning direction is set to 10 ° or more and 60 ° or less, whereby the image carrier. Since the toner adhesion amount per unit area increases, the toner on the toner carrier can be more efficiently ejected and the refresh effect can be enhanced.
また、本発明の第4の構成によれば、上記第1乃至第3のいずれかの構成の画像形成装置において、印刷画像の印字率に基づいてリフレッシュ工程実行時におけるトナー吐出パターンの副走査方向の吐出長を制御することにより、実際の印字率に応じた消費不足分のトナー量が算出されてトナー吐出パターンの吐出長が決定されるため、リフレッシュ工程実行時のトナー吐出量を最適な量とすることができる。 According to the fourth configuration of the present invention, in the image forming apparatus having any one of the first to third configurations, the sub-scanning direction of the toner discharge pattern when the refresh process is executed based on the printing rate of the print image By controlling the discharge length of the toner, the amount of toner shortage corresponding to the actual printing rate is calculated and the discharge length of the toner discharge pattern is determined. It can be.
また、本発明の第5の構成によれば、上記第1乃至第4のいずれかの構成の画像形成装置において、リフレッシュ工程中のトナー担持体の線速を画像形成時よりも低下させることにより、トナー担持体上の表層のトナーだけでなく下層のトナーも像担持体側に吐出可能となり、トナー担持体表面を効果的にリフレッシュすることができる。 According to the fifth configuration of the present invention, in the image forming apparatus having any one of the first to fourth configurations, the linear velocity of the toner carrying member during the refresh process is decreased as compared with the time of image formation. In addition, not only the toner on the surface layer on the toner carrier but also the toner in the lower layer can be discharged to the image carrier side, and the surface of the toner carrier can be effectively refreshed.
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。図1は、本発明の画像形成装置の全体構成を示す概略構成図であり、右側を画像形成装置の前方側として図示している。図1に示すように、画像形成装置100の本体下部には、積載された用紙を収容する給紙カセット2が配置されている。この給紙カセット2の上方には、本体前方から本体後方へ略水平に延び、更に上方へ延びて本体上面に形成された排紙部3に至る用紙搬送路4が形成されており、この用紙搬送路に沿って上流側から順に、ピックアップローラ5、フィードローラ6、中間搬送ローラ7、レジストローラ対8、画像形成部9、定着部10及び排出ローラ対11が配置されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing the overall configuration of the image forming apparatus of the present invention, and the right side is shown as the front side of the image forming apparatus. As shown in FIG. 1, a
給紙カセット2には、用紙搬送方向後端部に設けられた回動支点12aによって、給紙カセット2に対して回動自在に支持された用紙積載板12が設けられており、用紙積載板12上に積載された用紙がピックアップローラ5に押圧されるようになっている。また、給紙カセット2の前方側には、フィードローラ6に圧接するようにリタードローラ13が配設されており、ピックアップローラ5によって複数枚の用紙が同時に給装された場合には、これらフィードローラ6とリタードローラ13とによって用紙が捌かれ、最上位の1枚のみが搬送されるよう構成されている。
The
そして、フィードローラ6とリタードローラ13とによって捌かれた用紙は、中間搬送ローラ7によって搬送方向を装置後方へと変えられてレジストローラ対8へと搬送され、レジストローラ対8によってタイミングを調整されて画像形成部9へと供給される。
Then, the sheet fed by the
画像形成部9は、電子写真プロセスによって用紙に所定のトナー像を形成するものであり、図1において時計回りに回転可能に軸支された像担持体である感光体ドラム14と、この感光体ドラム14の周囲に配置される帯電装置15、現像装置16、クリーニング装置17、用紙搬送路4を挟んで感光体ドラム14に対向するように配置される転写ローラ18及び感光体ドラム14の上方に配置される露光ユニット(LSU)19から構成されており、現像装置16の上方には、現像装置16へトナーを補給するトナーコンテナ20が配置されている。
The
帯電装置15には、図示しない電源が接続された導電性ゴムローラ15aが備えられており、この導電性ゴムローラ15aが感光体ドラム14に当接するよう配置されている。そして、感光体ドラム14が回転すると、導電性ゴムローラ15aが感光体ドラム14の表面に接触して従動回転し、この時、導電性ゴムローラ15aに所定の電圧を印加することにより、感光体ドラム14の表面が一様に帯電させられることとなる。
The
次いで、露光ユニット(LSU)19からのレーザビームにより感光体ドラム14上に入力された画像データに基づく静電潜像が形成され、現像装置16により静電潜像にトナーが付着されて感光体ドラム14の表面にトナー像が形成される。そして、レジストローラ対8から感光体ドラム14と転写ローラ18とのニップ部(転写位置)に用紙が所定のタイミングで供給され、転写ローラ18により用紙上に感光体ドラム14の表面のトナー像が転写される。
Next, an electrostatic latent image based on the image data input on the
トナー像が転写された用紙は、感光体ドラム14から分離されて定着部10に向けて搬送される。この定着部10は、画像形成部9の用紙搬送方向の下流側に配置されており、画像形成部9においてトナー像が転写された用紙は、定着部10に備えられた加熱ローラ21、及びこの加熱ローラ21に圧接される加圧ローラ22によって加熱、加圧され、用紙に転写されたトナー像が定着される。
The sheet on which the toner image has been transferred is separated from the
そして、画像形成部9及び定着部10において画像形成がなされた用紙は、排出ローラ対11によって排紙部3に排出される。一方、転写後に感光体ドラム14の表面に残留しているトナーはクリーニング装置17により除去される。そして、感光体ドラム14は帯電装置15によって再び帯電され、以下同様にして画像形成が行われる。また、装置設置環境(機械周辺環境)を測定する目的で、トナーコンテナ20の上方に機外温湿度センサ23が設置されている。
The paper on which the image is formed in the
図2は、本発明の画像形成装置に搭載される現像装置の側面断面図である。図2に示すように、現像装置16は、磁性トナーから成る一成分現像剤が収容されるケーシング31aと、ケーシング31aに収容されたトナーが外部に漏れないように封止するカバー31bとから構成される筐体31内に、第1スパイラル部材32、第2スパイラル部材33、現像ローラ35、規制ブレード36が備えられている。
FIG. 2 is a side sectional view of the developing device mounted on the image forming apparatus of the present invention. As shown in FIG. 2, the developing
ケーシング31aの内部は、長手方向(図の紙面方向)に延在する仕切板37によって第1貯留室38と第2貯留室39とに区画されており、第1貯留室38には第1スパイラル部材32が、第2貯留室39には第2スパイラル部材33がそれぞれ配設されている。また、仕切板37はケーシング31aの長手方向両端部には設けられておらず、この部分が第1貯留室38と第2貯留室39の間をトナーが移動する通路(現像剤受け渡し部)となっている。
The inside of the
第1スパイラル部材32及び第2スパイラル部材33は、回転軸32a、33aと、回転軸32a、33aの外周面に沿って配設された螺旋羽32b、33bとで構成されており、互いに略平行となるようにケーシング31a内に回転可能に軸支されている。そして、第1スパイラル部材32及び第2スパイラル部材33が所定方向に回転することによって第1貯留室38及び第2貯留室39内のトナーを循環搬送するように構成されている。また、トナー量検知センサ(図示せず)の検出結果に応じてケーシング31a内にトナーを補給できるように、カバー31bにはトナーコンテナ20(図1参照)からトナーが供給されるトナー補給口(図示せず)が設けられている。
The
現像ローラ35は、第1スパイラル部材32及び第2スパイラル部材33と略平行となるように第1貯留室38内に回転可能に軸支されている。この現像ローラ35の内部には複数の磁極(ここでは3極)を有する永久磁石から成る固定マグネット体40が固定されており、感光体ドラム14の回転に応じて現像ローラ35が回転すると、この固定マグネット体40の磁力により現像ローラ35の表面にトナーが付着(担持)されてトナー層が形成される。そして、現像ローラ35に付着したトナーは、現像ローラ35と感光体ドラム14とが対峙する現像ニップ部において感光体ドラム14の表面電位と現像ローラ35に印加される現像バイアスとの電位差により感光体ドラム14へと飛翔して感光層に付着し、感光体ドラム14表面にトナー像が形成される。
The developing
規制ブレード36は、感光体ドラム14に供給するトナー量、すなわち現像ローラ35へのトナー付着量を規制するものであり、例えばSUS(ステンレス)等の磁性体が用いられる。そして、規制ブレード36は、その先端と現像ローラ35との間に所定の隙間(0.2〜0.3mm)が形成されるように配設されており、この規制ブレード36と現像ローラ35との間隔及び隙間に発生する磁界によって現像ローラ35へのトナー付着量が規制され、現像ローラ35の表面には数十ミクロンのトナー薄層が形成される。
The regulating
次に、本発明の画像形成装置の制御経路について説明する。図3は、本発明の画像形成装置に用いられる制御経路の一例を示すブロック図である。なお、画像形成装置100を使用する上で装置各部の様々な制御がなされるため、画像形成装置100全体の制御経路は複雑なものとなる。そこで、ここでは制御経路のうち、本発明の実施に必要となる部分を重点的に説明する。
Next, the control path of the image forming apparatus of the present invention will be described. FIG. 3 is a block diagram showing an example of a control path used in the image forming apparatus of the present invention. It should be noted that since various control of each part of the apparatus is performed when the
制御部90は、中央演算処理装置としてのCPU(Central Processing Unit)91、読み出し専用の記憶部であるROM(Read Only Memory)92、読み書き自在の記憶部であるRAM(Random Access Memory)93、一時的に画像データ等を記憶する一時記憶部94、カウンタ95、画像形成装置100内の各装置に制御信号を送信したり操作部50からの入力信号を受信したりする複数(ここでは2つ)のI/F(インターフェイス)96を少なくとも備えている。また、制御部90は、装置本体内部の任意の場所に配置可能である。
The
ROM92には、画像形成装置100の制御用プログラムや、制御上の必要な数値等、画像形成装置100の使用中に変更されることがないようなデータ等が収められている。RAM93には、画像形成装置100の制御途中で発生した必要なデータや、画像形成装置100の制御に一時的に必要となるデータ等が記憶される。また、ROM92(或いはRAM93)には、リフレッシュ工程の実行の要否を判断する印刷枚数及びトナー吐出パターンの印字長さ(トナー吐出長)の算出に用いられる基準印字率や感光体ドラム1の回転速度等が格納されている。カウンタ95は、印刷枚数を積算してカウントする。なお、カウンタ95を別途設けなくても、例えばRAM93でその回数を記憶するようにしてもよい。
The
また、制御部90は、画像形成装置100における各部分、装置に対し、CPU91からI/F96を通じて制御信号を送信する。また、各部分、装置からその状態を示す信号や入力信号がI/F96を通じてCPU91に送信される。制御部90が制御する各部分、装置としては、例えば、給紙カセット2、定着部10、現像装置16、露光ユニット19、トナーコンテナ20、機外温湿度センサ23、画像入力部50、バイアス制御回路51、操作部60等が挙げられる。
In addition, the
画像入力部50は、画像形成装置100が図1に示すようなプリンタである場合、パーソナルコンピュータ等から送信される画像データを受信する受信部であり、画像形成装置100が複写機である場合、複写時に原稿を照明するスキャナランプや原稿からの反射光の光路を変更するミラーが搭載された走査光学系、原稿からの反射光を集光して結像する集光レンズ、及び結像された画像光を電気信号に変換するCCD等から構成される画像読取部である。画像入力部50より入力された画像信号はデジタル信号に変換された後、一時記憶部94に送出される。
When the
バイアス制御回路51は、帯電バイアス電源52、現像バイアス電源53、転写バイアス電源54と接続され、制御部90からの出力信号によりこれらの各電源を作動させるものであり、これらの各電源はバイアス制御回路51からの制御信号によって、帯電装置15、現像ローラ35、転写ローラ18に所定のバイアスを印加する。
The
操作部60には、液晶表示部61、各種の状態を示すLED62、テンキー63が設けられており、ユーザは操作部60を操作して指示を入力することで、画像形成装置100の各種の設定をし、画像形成等の各種機能を実行させる。液晶表示部61は、画像形成装置100の状態を示したり、画像形成状況や印刷部数を表示したり、タッチパネルとして、両面印刷や白黒反転等の機能や倍率設定、濃度設定など各種設定を行えるようになっている。テンキー63は、印刷部数の設定や、画像形成装置100がFAX機能も有する場合に相手方のFAX番号を入力等するためのものである。
The
その他、操作部60には、画像形成を開始するようにユーザが指示するスタートボタン、画像形成を中止する際等に使用するストップ/クリアボタン、画像形成装置100の各種設定をデフォルト状態にする際に使用するリセットボタン等が設けられている。
In addition, the
本発明の画像形成装置は、記録媒体への非転写時、例えば、画像形成装置を電源オフ状態やスリープ(省電力)モードからコピー開始状態まで立ち上げる際、或いは所定枚数の印刷が行われた時に、現像装置16内の現像ローラ35上のトナーを感光体ドラム14側に吐出するリフレッシュ工程を実行可能に構成されている。
When the image forming apparatus of the present invention is not transferred to a recording medium, for example, when the image forming apparatus is started up from a power-off state or a sleep (power saving) mode to a copy start state, or a predetermined number of prints are performed. Sometimes, a refreshing process for discharging the toner on the developing
図4は、リフレッシュ工程における帯電バイアス、レーザ露光、現像バイアス、及び転写バイアス(クリーニングバイアス)のON/OFFタイミングを示すタイミングチャートの一例であり、図5は、感光体ドラム上に形成されたトナー吐出パターンの一例を示す図である。必要に応じて図1〜図3を参照しながら図4及び図5を用いてリフレッシュ工程の実行手順について説明する。なお、ここでは正帯電トナーを用いる場合について説明している。 FIG. 4 is an example of a timing chart showing ON / OFF timings of the charging bias, laser exposure, developing bias, and transfer bias (cleaning bias) in the refresh process, and FIG. 5 shows toner formed on the photosensitive drum. It is a figure which shows an example of a discharge pattern. The refresh procedure execution procedure will be described with reference to FIGS. 4 and 5 with reference to FIGS. Here, a case where positively charged toner is used is described.
リフレッシュ工程の実行が指示されると、図4に示すように、帯電装置15に印加される帯電バイアスがONとなり、感光体ドラム14の表面が一様に正帯電される。これと同時に現像ローラ35に印加されるトナーと同極性(正)の現像バイアスもONとなる。次に、露光ユニット19によるレーザ露光がt1の間に所定回数だけON/OFFを繰り返し、感光体ドラム14表面の帯電を部分的に減衰する。
When the execution of the refresh process is instructed, as shown in FIG. 4, the charging bias applied to the charging
このレーザ露光領域(帯電減衰領域)が感光体ドラム14の回転により現像ローラ35に対向する位置に来ると、現像ローラ35上のトナーは現像バイアスに反発してレーザ露光領域に付着する。現像バイアスのON状態は、感光体ドラム14が所定量回転してレーザ露光領域が現像ローラ35を完全に通過するまで継続され、帯電バイアス及びレーザ露光がOFFとなってからt2だけ遅れてOFFとなる。そして、感光体ドラム14上に図5に示すようなトナー吐出パターンPが形成される。
When this laser exposure area (charge attenuation area) comes to a position facing the developing
図5は、本発明に用いられるトナー吐出パターンの一例を示す図であり、感光体ドラム14を平面に展開した状態を表している。トナー吐出パターンPは、主走査方向(図の左右方向)に対し所定の傾きを有するライン画像Lを現像ローラ35(図2参照)の現像領域の幅Hに亘って所定の間隔で繰り返し現像したものであり、図4におけるレーザ露光の継続時間t1はトナー吐出パターンPのドラム周方向(副走査方向)の吐出長Xによって決まる。なお、吐出長Xの決定方法については後述する。
FIG. 5 is a diagram showing an example of a toner discharge pattern used in the present invention, and shows a state in which the
トナー吐出パターンを多数のライン画像で構成した場合、ベタ画像に比べて感光体ドラム14への劣化トナー付着量が増加することが知られている。これは、エッジ強調によりトナーを引き付ける力が強くなり、現像ローラ35から感光体ドラム14にチャージアップしたトナーを効率良く移行させることが可能となるためである。
It is known that when the toner discharge pattern is composed of a large number of line images, the amount of deteriorated toner attached to the
また、トナー吐出パターンを構成するライン画像のライン幅とドラム表面に付着するトナー粒径との関係に着目すると、ライン幅が狭くなるほどトナー粒径が小さくなる。これは、ライン幅が狭くなるほどトナー吐出パターンに占めるエッジ領域の割合が多くなり、現像ローラ35の最表面に存在する帯電量の高い小径トナーが電位差の大きいエッジ領域へ現像され易くなるためである。従って、現像性能に悪影響を及ぼすチャージアップした小径トナーを感光体ドラム14側へ優先的に吐出してリフレッシュ効果をより高めることができる。
When attention is paid to the relationship between the line width of the line image constituting the toner discharge pattern and the toner particle size adhering to the drum surface, the toner particle size decreases as the line width decreases. This is because, as the line width becomes narrower, the ratio of the edge area to the toner discharge pattern increases, and the small diameter toner having a high charge amount existing on the outermost surface of the developing
本発明においては、トナー吐出パターンPを斜めライン画像Lで構成したことを特徴とするものである。ここで、図6に示すような主走査方向に垂直なライン画像L1で構成されるトナー吐出パターンP1、及び図7に示すような主走査方向に平行なライン画像L2で構成されるトナー吐出パターンP2と比較すると、トナー吐出パターンP1、P2に比べてトナー吐出パターンPの方が単位面積当たりのトナー付着量(トナー吐出量)が多くなる。この理由については未だ解明されていないが、以下のような理由が考えられる。 The present invention is characterized in that the toner discharge pattern P is composed of an oblique line image L. Here, a toner discharge pattern P1 composed of a line image L1 perpendicular to the main scanning direction as shown in FIG. 6 and a toner discharge pattern composed of a line image L2 parallel to the main scanning direction as shown in FIG. Compared to P2, the toner discharge pattern P has a larger toner adhesion amount (toner discharge amount) per unit area than the toner discharge patterns P1 and P2. Although the reason for this has not been clarified yet, the following reasons are conceivable.
トナー吐出パターンP1ではライン画像L1の存在する部分と存在しない部分(ライン間)とで現像ローラ35の軸方向(主走査方向)におけるトナー吐出量にばらつきが生じ、ライン画像L1の間隔によってはトナーが吐出されない領域が生じてしまう。また、同様の理由により、トナー吐出パターンP2においても現像ローラ35の周方向(副走査方向)におけるトナー吐出量にばらつきが生じ易くなる。
In the toner discharge pattern P1, the toner discharge amount varies in the axial direction (main scanning direction) of the developing
これに対し、トナー吐出パターンPを構成するライン画像Lは主走査方向に対し角度を有するため、現像ローラ35の軸方向及び周方向のいずれにおいてもトナー吐出量にばらつきが生じ難くなる。従って、トナー吐出パターンPの方が現像ローラ35上のトナーをより均一に吐出することができ、いずれもX×Hで表される同一面積のパターンであっても、単位面積当たりのトナー付着量が多くなるものと推定される。その他、ライン画像の傾きによる静電潜像電位の状態の違いや現像システムによる影響も考えられる。
On the other hand, since the line image L constituting the toner discharge pattern P has an angle with respect to the main scanning direction, the toner discharge amount is less likely to vary in both the axial direction and the circumferential direction of the developing
なお、現像ローラ35の全周に亘ってリフレッシュするためには、トナー吐出パターンPのドラム周方向(副走査方向)の長さXは、現像ローラ35の外周長よりも長くしておく必要がある。また、ライン画像Lの角度や線幅、ライン間隔についても画像形成装置の仕様に応じて適宜設定すれば良いが、過帯電トナーを効率的に除去するためにはライン画像Lの角度を10°以上60°以下、線幅を2mm以下とすることが好ましい。また、ライン間隔は現像ローラ35上のトナーをムラなく吐出できる程度の間隔とすれば良い。
In order to refresh the entire circumference of the developing
その後、トナー吐出パターンPは感光体ドラム14の回転に伴い感光体ドラム14と転写ローラ18とのニップ部を通過し、最終的にクリーニング装置17によってドラム表面から回収される。転写ローラ18にはトナー吐出パターンPの付着を防止するためにトナーと同極性(正)の転写バイアス(転写逆バイアス)が印加されている。転写逆バイアスのON状態は、感光体ドラム14が所定量回転してトナー吐出パターンPが転写ローラ18を完全に通過するまで継続され、現像バイアスがOFFとなってからt3だけ遅れてOFFとなる。
Thereafter, the toner discharge pattern P passes through the nip portion between the
このとき、トナー吐出パターンPが転写ローラ18に圧接されるため、転写逆バイアスの印加に係わらずトナー吐出パターンPの一部は転写ローラ18に物理的に付着する。転写ローラ18へ付着したトナーには、正帯電トナーのみでなく逆帯電(負帯電)トナーも存在する。
At this time, since the toner discharge pattern P is pressed against the
そこで、転写ローラ18にトナーと逆極性(負)のクリーニングバイアス(転写正バイアス)を印加するとともに、帯電バイアスを再びONにしてドラム表面を正帯電する。これにより、転写ローラ18に付着した逆帯電トナーが負のクリーニングバイアスに反発し、ドラム表面の正電位に引き付けられて感光体ドラム14側に移動する。このとき、帯電バイアスのON時間はトナーと逆極性のクリーニングバイアスの印加時間t4と等しく、帯電バイアスのONタイミングはトナーと逆極性のクリーニングバイアスの印加タイミングよりもt6だけ早くなっている。
Accordingly, a cleaning bias (transfer positive bias) having a reverse polarity (negative) to the toner is applied to the
続いて、転写ローラ18にトナーと同極性(正)のクリーニングバイアス(転写逆バイアス)を印加するとともに、帯電バイアスを再びOFFにする。これにより、今度は転写ローラ18に付着した正帯電トナーが正のクリーニングバイアスに反発し、ドラム表面(0V)に引き付けられて感光体ドラム14側に移動する。このとき、帯電バイアスのOFF時間はトナーと同極性のクリーニングバイアスの印加時間t5と等しく、帯電バイアスのOFFタイミングはトナーと同極性のクリーニングバイアスの印加タイミングよりもt6だけ早くなっている。
Subsequently, a cleaning bias (transfer reverse bias) having the same polarity (positive) as that of the toner is applied to the
図4では、トナーと逆極性及び同極性のクリーニングバイアスを1回ずつ印加し、これと同周期で帯電バイアスを1回ずつON、OFFする場合を1サイクルとし、これを2サイクル繰り返すことで転写ローラ18上の正帯電トナー及び逆帯電トナーを除去している。なお、転写ローラ18の外周面全域をクリーニングするために、トナーと逆極性のクリーニングバイアスの印加時間(帯電バイアスON時間)t4、及びトナーと同極性のクリーニングバイアスの印加時間(帯電バイアスOFF時間)t5は、それぞれ転写ローラ18が1回転するのに要する時間以上とすることが好ましい。ここで、本発明ではトナー吐出パターンPをライン画像Lで構成しているため、ベタ画像の場合に比べて転写ローラ18へのトナー付着を抑制することができる。
In FIG. 4, a cleaning bias having the opposite polarity and the same polarity as the toner is applied once, and the charging bias is turned on and off once in the same cycle as one cycle, and this is repeated for two cycles. The positively charged toner and the reversely charged toner on the
次に、トナー吐出パターンPの吐出長Xを決定する方法について説明する。ユーザの使用状況に関係なく、印刷される画像の印字率に応じた最適なトナー吐出量を設定するために、吐出長Xを印字率レベル毎に規定する吐出長設定テーブルが用いられる。吐出長設定テーブルはROM92(或いはRAM93)内に格納されている。 Next, a method for determining the discharge length X of the toner discharge pattern P will be described. A discharge length setting table that defines the discharge length X for each print rate level is used in order to set an optimal toner discharge amount according to the print rate of the image to be printed regardless of the usage status of the user. The discharge length setting table is stored in the ROM 92 (or RAM 93).
吐出長設定テーブルの一例を表1に示す。表1においては、平均印字率が複数(ここでは5段階)のレベルにランク分けされており、各印字率レベルに応じた画像1枚当たりの吐出長(mm/枚)が割り当てられている。例えばリフレッシュ工程を実行する印刷枚数をAとすると、制御部90は、一時記憶部94内のデジタル信号に基づいて画像毎の印字率bnを算出し、さらに印字率bnを積算した積算印字率Σbnを算出する。そして、積算印字率Σbnをカウンタ95でカウントされた印刷枚数Aで除して印刷枚数A当たりの平均印字率B(%)を算出する。算出された平均印字率Bに相当する画像1枚当たりの吐出長を吐出長設定テーブルから読み出し、これにリフレッシュ工程実行までの印刷枚数Aを乗じてリフレッシュ工程実行時の吐出長X(mm)が算出される。
An example of the discharge length setting table is shown in Table 1. In Table 1, the average printing rate is ranked into a plurality of levels (here, 5 levels), and the discharge length (mm / sheet) per image corresponding to each printing rate level is assigned. For example, assuming that the number of prints for executing the refresh process is A, the
また、吐出長Xを計算により求めても良い。基準印字率(リフレッシュが必要となる印字率の閾値)をC(%)とすると、基準印字率Cと上述した平均印字率Bとの印字率差C−Bが画像1枚当たりの必要吐出量(消費不足分)となるため、これに印刷枚数Aを乗じた(C−B)×A(%)がリフレッシュ工程実行時に必要なトナー吐出量W(%)となる。吐出長Xは、トナー吐出パターンPの単位長さ当りのトナー吐出量(%/mm)をW1とすると、X=W/W1により算出される。なお、印刷枚数Aや基準印字率C(%)はユーザの使用状況やトナーの特性、機外温湿度センサ23の測定値等に応じて適宜設定することができる。
Further, the discharge length X may be obtained by calculation. When the reference printing rate (the printing rate threshold that requires refreshing) is C (%), the printing rate difference C−B between the reference printing rate C and the above-described average printing rate B is the required discharge amount per image. Since (consumption shortage) is multiplied by the number of printed sheets A, (CB) × A (%) becomes a toner discharge amount W (%) necessary for executing the refresh process. The discharge length X is calculated by X = W / W1, where W1 is the toner discharge amount (% / mm) per unit length of the toner discharge pattern P. Note that the number A of printed sheets and the reference print rate C (%) can be appropriately set according to the use state of the user, the characteristics of the toner, the measured value of the external temperature and
ところで、画像形成時の画像濃度を上げるために、通常は画像形成時の現像ローラ35の線速を感光体ドラム14の線速に比べて速く設定することで、現像ローラ35と感光体ドラム14との近接範囲(現像ニップ部)に供給される単位時間当たりのトナー量を多くしている。そのため、現像ローラ35を画像形成時と同一線速で回転させた状態でトナーを強制吐出すると、現像ローラ35に形成されたトナー薄層のうち表層の現像され易いトナーのみが感光体ドラム14側に吐出され、下層のトナーは現像ローラ35上に残留した状態となるため、十分なリフレッシュ効果が得られない。
Incidentally, in order to increase the image density at the time of image formation, the developing
そこで、リフレッシュ工程実行時における現像ローラ35の回転速度(線速)は、画像形成時よりも遅く設定することが好ましい。このように設定することで、現像ニップ部R(図2参照)を通過する現像ローラ35上のトナー薄層にドラム−現像間の電界が作用する時間が長くなり、現像ローラ35に形成されたトナー薄層のうち表層の現像され易いトナーだけでなく下層のトナーも吐出できるため、リフレッシュ工程の実行時間を長くしたり高電圧の現像バイアスを印加したりすることなく十分なリフレッシュ効果を得ることができる。
Therefore, it is preferable to set the rotation speed (linear speed) of the developing
図8は、本発明の画像形成装置において実行されるリフレッシュ工程の一例を示すフローチャートである。必要に応じて図1〜図5を参照しながら、図8のステップに従いリフレッシュ工程の実行手順について説明する。 FIG. 8 is a flowchart showing an example of the refresh process executed in the image forming apparatus of the present invention. The execution procedure of the refresh process will be described according to the steps of FIG. 8 with reference to FIGS. 1 to 5 as necessary.
先ず、ユーザによる操作部60或いはパソコン等の操作により画像形成処理が開始されると、カウンタ95により印刷枚数nがカウントされる(ステップS1)。制御部90は、一時記憶部94内のデジタル信号に基づいて画像毎の印字率bnを算出し、さらに印字率bnを積算した積算印字率Σbnを算出する。次に、印刷枚数nが所定枚数Aに到達したか否かが判断される(ステップS2)。n=Aである場合は、制御部90においてΣbn/Aにより平均印字率Bを算出する(ステップS3)。
First, when the image forming process is started by the user operating the
次に、制御部90は算出された平均印字率Bが基準印字率(ここでは1.0%)よりも低いか否かを判断する(ステップS4)。平均印字率Bが1.0%よりも低い場合は、平均印字率Bと基準印字率C(%)との印字率差C−Bに印刷枚数Aを乗じてトナー吐出量(C−B)×A(%)を算出し、さらにトナー吐出パターンPの吐出長Xを算出する(ステップS5)。
Next, the
そして、図4のタイミングチャートに従ってリフレッシュ工程を実行し、感光体ドラム14上にトナー吐出パターンPを吐出する(ステップS6)。トナー吐出が終了した後、転写ローラ18にクリーニングバイアスを印加して転写ローラ18のクリーニングを行う(ステップS7)。リフレッシュ工程が終了した後、カウンタ95のカウント数nを0にリセットして(ステップS8)再びステップS1に戻る。一方、ステップS4において平均印字率Bが1.0%以上である場合はリフレッシュ工程を実行せず、カウンタ95のカウント数nを0にリセットして(ステップS8)再びステップS1に戻る。
Then, a refresh process is executed according to the timing chart of FIG. 4, and the toner discharge pattern P is discharged onto the photosensitive drum 14 (step S6). After the toner discharge is completed, a cleaning bias is applied to the
上記の制御によれば、リフレッシュ工程において現像ローラ35上のチャージアップした小径トナーを効率良く排除するとともに転写ローラ18へのトナー付着も抑制することによりリフレッシュ工程の実行時間を短縮することができ、印字動作以外での無駄なトナーの消費も抑制可能な利便性の高い画像形成装置となる。また、印刷画像の平均印字率Bを用いて実際の印字率に応じた消費不足分のトナー量が算出され、これに基づいてトナー吐出パターンPの吐出長Xが決定されるため、リフレッシュ工程実行時のトナー吐出量を最適な量に設定することができる。
According to the above control, it is possible to shorten the execution time of the refresh process by efficiently removing the small diameter charged-up toner on the developing
なお、上記実施形態では、印刷枚数A、平均印字率B及び基準印字率Cを用いて計算により吐出長Xを求めているが、表1に示したような吐出長設定テーブルを用いて吐出長Xを決定しても良い。 In the above embodiment, the ejection length X is obtained by calculation using the number of printed sheets A, the average printing rate B, and the reference printing rate C. However, the ejection length is set using the ejection length setting table shown in Table 1. X may be determined.
その他本発明は、上記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば上記実施形態においては、制御部90において平均印字率を算出しているが、平均印字率の算出を行う演算部を制御部90とは別個に設けても良い。また本発明は、図1に示したようなモノクロプリンタに限らず、モノクロ複写機、タンデム式或いはロータリー式のカラー複写機、カラープリンタ、或いはファクシミリやレーザプリンタ等、現像装置を備えた種々の画像形成装置に適用できるのはもちろんである。
In addition, this invention is not limited to the said embodiment, A various change is possible in the range which does not deviate from the meaning of this invention. For example, in the above embodiment, the average printing rate is calculated by the
図1に示したような本発明の画像形成装置を用いて、図5に示したトナー吐出パターンを構成するライン画像の線幅と感光体ドラム上に付着するトナー量及びトナー粒径との関係について調査した。試験機の条件としては、感光体ドラムの周速(システム線速)を306mm/secとし、ドラム表面電位は白地部電位(暗電位)を270V、画像部電位(明電位)を20Vとした。現像剤としては、平均粒径5.0〜9.0μmの正帯電磁性トナーを用いた。 Using the image forming apparatus of the present invention as shown in FIG. 1, the relationship between the line width of the line image constituting the toner discharge pattern shown in FIG. 5, the amount of toner adhering to the photosensitive drum, and the toner particle size Was investigated. The test machine conditions were a peripheral speed (system linear speed) of the photosensitive drum of 306 mm / sec, a drum surface potential of 270 V on the white background potential (dark potential), and an image portion potential (bright potential) of 20 V. As the developer, a positively charged magnetic toner having an average particle diameter of 5.0 to 9.0 μm was used.
また、現像ローラへ印加する直流電圧(Vdc)=175Vとし、交流電圧(Vac)のVppを1.7kV、周波数を2.8kHz、Duty=57%とした。結果を図9〜図11に示す。 Further, the DC voltage (Vdc) applied to the developing roller was 175 V, the Vpp of the AC voltage (Vac) was 1.7 kV, the frequency was 2.8 kHz, and Duty = 57%. The results are shown in FIGS.
図9から明らかなように、ライン画像の線幅が狭くなるにつれてドラム上に付着するトナー量が多くなり、特に線幅2mm以下で付着量が顕著に増加することが確認された。また、図10及び図11から明らかなように、ライン画像の線幅が狭くなるにつれてドラム上に付着する大径トナー(>10.8μm)の割合が減少し、小径トナー(<4.3μm)の割合が増加することが確認された。 As is clear from FIG. 9, it was confirmed that the amount of toner adhering to the drum increases as the line width of the line image becomes narrower, and the amount of adhesion increases remarkably especially when the line width is 2 mm or less. As apparent from FIGS. 10 and 11, as the line width of the line image becomes narrower, the ratio of the large diameter toner (> 10.8 μm) adhering to the drum decreases, and the small diameter toner (<4.3 μm). It was confirmed that the ratio of increased.
この理由としては、ライン画像の線幅が狭くなるほどベタ領域に対するエッジ領域の割合が多くなり、電位差の大きいエッジ領域へ現像され易い小径の過帯電トナーの現像に有利に作用するためであると考えられる。 The reason for this is that as the line width of the line image becomes narrower, the ratio of the edge area to the solid area increases, which is advantageous for developing small-diameter overcharged toner that is easily developed into an edge area having a large potential difference. It is done.
トナー吐出パターンを構成するライン画像の角度と感光体ドラム上に付着するトナー量との関係について調査した。試験機の条件は実施例1と同様とし、線幅0.3mm、長さ25mmのラインを25mmの幅に等間隔(約0.5mm)で33本描いた正方形のトナー吐出パターンを、主走査方向に対し所定角度回転させてトナーを付着させ、単位面積当たりのトナー付着量を測定した。結果を図12に示す。 The relationship between the angle of the line image constituting the toner discharge pattern and the amount of toner adhering to the photosensitive drum was investigated. The conditions of the test machine were the same as those in Example 1, and a square toner discharge pattern in which 33 lines having a line width of 0.3 mm and a length of 25 mm were drawn at equal intervals (about 0.5 mm) to a width of 25 mm was subjected to main scanning. The toner was adhered by rotating it by a predetermined angle with respect to the direction, and the amount of toner adhered per unit area was measured. The results are shown in FIG.
図12から明らかなように、トナー吐出パターンを構成するライン画像の主走査方向に対する角度を0°(水平)から大きくしていくと、トナー付着量は6.5g/m2から徐々に増加し、45°付近で7.0g/m2となった。また、ライン画像の角度が45°を超えるとトナー付着量は徐々に減少し、90°で6.0g/m2(最小値)となった。また、ライン画像の角度を10°以上60°以下とすることで、単位面積当たりのトナー付着量が6.8〜7.0g/m2となり、現像ローラ上のトナーを効率良く吐出できることが確認された。 As apparent from FIG. 12, when the angle of the line image constituting the toner discharge pattern with respect to the main scanning direction is increased from 0 ° (horizontal), the toner adhesion amount gradually increases from 6.5 g / m 2. It was 7.0 g / m 2 around 45 °. Further, when the angle of the line image exceeded 45 °, the toner adhesion amount gradually decreased to 6.0 g / m 2 (minimum value) at 90 °. In addition, by setting the angle of the line image to 10 ° or more and 60 ° or less, the toner adhesion amount per unit area becomes 6.8 to 7.0 g / m 2 , and it is confirmed that the toner on the developing roller can be efficiently discharged. It was done.
本発明は、非画像形成時においてトナー担持体上のトナーをリフレッシュするリフレッシュ工程を備えた画像形成装置に利用可能である。本発明の利用により、トナー吐出量を増加することなくトナー担持体上の過帯電トナーを効率良く排出してリフレッシュ効果を高めることができ、転写ローラへのトナー付着による記録媒体の裏汚れも抑制できるため、濃度低下や画像かぶり等の不具合が発生せず高画質な画像を形成可能な画像形成装置を提供できる。 The present invention can be used for an image forming apparatus provided with a refresh process for refreshing toner on a toner carrier during non-image formation. By using the present invention, it is possible to efficiently discharge the overcharged toner on the toner carrying member without increasing the toner discharge amount, thereby enhancing the refresh effect, and also suppressing the back contamination of the recording medium due to the toner adhering to the transfer roller. Therefore, it is possible to provide an image forming apparatus capable of forming a high-quality image without causing problems such as density reduction and image fogging.
9 画像形成部
14 感光体ドラム
16 現像装置
35 現像ローラ(トナー担持体)
36 規制ブレード
40 固定マグネット体
40a 主極
90 制御部(制御手段)
91 CPU
92 ROM
93 RAM
94 一時記憶部
95 カウンタ
100 画像形成装置
R 現像ニップ部
P トナー吐出パターン
L ライン画像
9
36
91 CPU
92 ROM
93 RAM
94
Claims (5)
非画像形成時に前記トナー担持体側から前記像担持体側へトナーを吐出するリフレッシュ工程を実行可能な画像形成装置において、
前記リフレッシュ工程中に前記像担持体上に形成されるトナー吐出パターンが、主走査方向に対し鋭角であるライン画像を現像領域の全幅に亘って前記像担持体の周方向に所定間隔で複数回吐出した構成であることを特徴とする画像形成装置。 A developing device for developing an electrostatic latent image formed on the surface of the image carrier, the toner carrier having a toner carrier arranged to face the image carrier and supplying the toner to the image carrier;
In an image forming apparatus capable of executing a refresh process for discharging toner from the toner carrier side to the image carrier side during non-image formation,
The toner discharge pattern formed on the image carrier during the refreshing process has a line image having an acute angle with respect to the main scanning direction, a plurality of times at predetermined intervals in the circumferential direction of the image carrier over the entire width of the development region. An image forming apparatus having a discharged configuration.
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